Zustand der Waldböden Brandenburgs hinsichtlich ihrer Wasser- und Nährstoffversorgung

21. NABU Naturschutztag: Wald ist Vielfalt

Potsdam, 19.09.2020

Winfried Riek

Fachbereich Wald und Umwelt, HNE Eberswalde

Fachgebiet Bodenkunde, Waldernährung, Standortskunde

Zustand der Waldböden Brandenburgs hinsichtlich ihrer Wasser- und Nähr-

stoffversorgung

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Gliederung

1. Einführung: Einige Aspekte zum Waldboden

2. Bundesweite Bodenzustandserhebung im Wald (BZE) 3. Waldbodenzustand im Land Brandenburg

- Wasserhaushalt der Böden im Klimawandel - Bodenversauerung und Nährstoffversorgung

- Böden als Produktionsgrundlage - Stickstoffproblematik

4. Fazit

21. NABU Naturschutztag: Wald ist Vielfalt

Potsdam, 19.09.2020

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„ … Es ist aber

keineswegs nur so, das der Boden das Wachstum und die Entwicklung des Waldes bestimmt;

umgekehrt hat auch der Wald einen

großen Einfluss auf den Boden.“

Horst Stern et al. (1979): Rettet den Wald

Waldboden als Ökosystembestandteil

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GEOkompakt: Unser WALD

Funktionen

• Filter

• Puffer

• Speicher für Wasser und Nährstoffe

• Transformator

• …

• Lebensraum

• Lebensgrundlage

• Natur- und kultur- historisches Archiv

Waldboden als „Reaktionsgefäß“

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“ … Das Wissen um den Forstlichen

Standort wird als Grundlage für waldbauliches Handeln im Sinne einer nachhaltigen Waldbewirtschaf- tung begriffen.“

Modulbeschreibung

„Bodenkunde und Stand- ortslehre“, Fachbereich Wald und Umwelt, HNEE

Waldboden als Lehrobjekt (an der HNEE)

Waldbodenbericht Brandenburg Band 1 + 2 (Hrsg.: LFE, MLUK)

Waldboden als Forschungs- und Beobachtungsobjekt

Kernthemen der

BZE

(=bundesweite Bodenzu- standserhebung im Wald):

• Kohlenstoff- speicherung

• Bodenversauerung

• Wasserhaushalt im Klimawandel

• Stickstoffsättigung

• Schadstoffbe- lastung

• Böden als natür- liche Produktions- grundlage der Forstwirtschaft

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 In Brandenburg 322

BZE-Inventurpunkte (zwei 8x8-km-Netze)

 7 Intensivmessflächen des EU-weiten Level II-

Programms

 Koordination und Auswer- tung durch das LFE

• BZE-1: 1992 – 1993

• BZE-2: 2006 – 2009

• BZE-2a: 2009 – 2011

• BZE-3: 2022 – 2024

5 7

1

2

3

4 8

6

BZE-Profilgrube Satelliten BZE 1 Satelliten BZE 2 BZE-Probekreis

(r = 10m)

BEPROBUNGSDESIGN

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Welches sind die häufigsten Waldbodentypen in Branden- burg und wie sind diese stand- ortskundlich zu bewerten?

Braunerden

Podsole Regosole

Lessivés Gleye

Sonstige

64 % 7%

6%

8%

7%

8%

Bezeichnung Einstufung der Nährkraft Flächenanteil [ha] [%]

A-Standorte arm 91.197 8,5

Z-Standorte ziemlich arm 449.384 41,8

M-Standorte mäßig nährstoffhaltig 413.911 38,5

K-Standorte kräftig 108.273 10,1

R-Standorte reich 13.457 1,3

?

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ERGEBNISSE: WASSERHAUSHALT DER BÖDEN IM KLIMAWANDEL

Wie wird der Wasserhaushalt der Waldökosysteme aktuell eingestuft? Mit welchen Veränderungen durch den Klima- wandel ist zu rechnen?

?

2001-

2010 10-% Median 90-%

Jahr -84 -21 35

VZ -173 -129 -75

2091-

2100 10-% Median 90-%

Jahr -149 -94 -50

VZ -262 -223 -192

Modellierung der Klimatischen Wasserbilanz auf der Gesamt- waldfläche (Wettreg, SRES A1B)

Pflanzenverfügbare Bodenwasser- speicherkapazität an den 322 BZE- Inventurpunkten

6 Level II-

Intensivmessflächen mit Wasserhaushaltsmessungen

(Russ et al. 2019)

Anzahl der Trockenstresstage pro Jahr (AET/PET<0,7)

2018: 131 … 152

320 BZE-Punkte TUB-BGR-Modell (Riek & Russ 2019)

Ø Dekade 2001-2010: 68 Ø Dekade 2091-2100: 141

(A1B, WettReg) Ø 1996-2017: 42 … 77

Das Jahr 2018 könnte nach diesen Modellergebnissen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts

zum Durchschnitt werden.

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Welche Folgerungen ergeben sich aus den Szenariorechnungen für die Baumartenwahl?

?

Beispiel Rotbuche:

 Dominanzverlust selbst auf Standorten, an denen sie nach der konventionellen Aus- weisung von Bestandes- zieltypen^*) bislang eine führende Rolle spielte

2001-2010

2001-2010

2091-2100

2091-2100

*) Grundlage:

- Standortsgerechtigkeit - Naturnähe sowie

- Wirtschaftszielorientierung

Empfehlungswahrscheinlichkeit für Rotbuche als Haupt- (oben) bzw. Mischbaumart (unten)

des Bestandeszieltyps^*)

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… 24 verschiedene Standortscluster

… 20 Baumarten (heimisch + fremd)

… 15 Baumarten (nur heimisch)

Baumartenanteile an der Bestandeszusam- mensetzung in Abhängigkeit vom Standort

Berg-/ Spitzahorn, Berg-/ Feld-/

Flatterulme, Gemeine Esche, Vogelkirsche

 Die Tabellen geben den Waldeigentümern Leitplanken für die selbständige Entscheidung zur Bestandeszusammensetzung

 Klimastabile Wälder im Selbstbausatz

 Ziel: Entwicklung standortsgerechter Mischbestockungen mit je nach Standort

4 bis >6 verschiedenen Baumarten

 Mehr Klimaplastizität durch Diversifizierung

 Reduktion forstbetrieblicher Risiken

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• effizientere Nutzung der Ressourcen im gesamten Wurzelraum

• Verbesserung des Bestandesinnenklimas

• Sicherung einer dauerhaften Waldbedeckung bei Ausfall einer Baumart sowie

• Sicherung der Naturverjüngung nach Kalamitäten

E^RGEBNISSE: BODENVERSAUERUNG UND NÄHRSTOFFVERSORGUNG

?

BZE-1 BZE-2(a) BZE-1 BZE-2(a)

?

Bundesweit 3,3 Mio. ha Waldkalkungsfäche (BMEL 2018)

Andreae, H., Gemballa, R., Jacob, F. (2020): Leitfaden zur Forstlichen Bodenschutzkalkung in Sachsen.

Ziel BW:

Wiederherstellung des „natürlichen, vorindustriellen“

Versauerungs- zustands

BZE Brandenburg: KEINE akute Kalkungsnotwendigkeit

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Messung auf Level II-Flächen im Zeitraum 2001-2016

(Saugkerzen in 15 cm + 70 cm Tiefe)

*) UNECE (1993, 2004): Manual on Methodologies and Criteria for Modelling and Mapping Critical Loads and Levels and Air Pollution Effects, Risks and Trends. Convention on Long-range Transboundary Air Pollution. 202pp.

Risikokennwerte^*)

• BC/Al_anorg > 1 (mol/mol)

• pH_Lösung > 4

• Al_anorg < 2 mg/l

1. Kalkungsbedingter Humusabbau auf den sorptionsschwachen Sandstandorten besonders problematisch

Besonderheiten Brandenburg

2. Deposition basischer Stäube aus der Braunkohleverbrennung im Zeitraum 1945-1990 entspricht brandenburgweit einem Ca²⁺-

Eintrag von zwei konventionellen Kalkungsmaßnahmen à 3 t/ha (!)

 Abnahme der Basensättigung zwischen BZE-1 und BZE-2(a) ist als Annäherung an den natürlicheren Zustand vor der künstlichen Auf- basung durch Ascheeinträge zu interpretieren

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?

durchgeführt werden?

Befragen wir die Bäume!

Prüfschema:

+

pH(KCl)-Wert < pH 3,5

Basensättigungen < 15 % (0-140cm) C/N-Verhältnissen > 20

Kalkungskulisse Brandenburg, ermittelt durch Ausschluss

- von Flächen mit potenziellem Kalkungsbedarf zur Säurekom- pensation < 3t/ha

(Praktikabilitätsschwelle) - von Grundwasserstandorten - natürlicherweise armen

Sandböden Auftreten von Ernährungsmangel (Mg, Ca)

+

+

Waldbiotop- / Waldfunktionenkartierung Wasserwirtschaftliche Planungen

Naturschutzfachliche Planungen

Durchführung von Kalkungsmaßnahmen

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aus: Hannemann, J. (LFE)

• Anlage von Kalkungsreferenzflächen auf 16 BZE- Punkten (Applikation von 3 t/ha im Herbst 2016)

• Monitoring von Stoffflüssen im Boden, Baum- ernährung und Vegetationswandel

E^RGEBNISSE: B^{ÖDEN ALS} PRODUKTIONSGRUNDLAGE

?

Konventionelle Stammholznutzung

Vollbaumnutzung (= Nutzung und Verwertung der gesamten oberirdischen Biomasse)

Trocken- Masse

100 %

Trocken- Masse

113 %

Ca 130 %

Mg 130 %

K 170 %

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Riek et al. 2015

BZE-2(a): Belegung der Bodenaustauscher mit Basen (Ca, Mg, K) und sauren Kationen (Mn, Al, Fe, H) in Abhängigkeit vom pH-Wert

Ca+Mg+K

Originaldaten BZE-2(a)

Ausgleichskurve

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t

Ausgangs- material

Klima, Flora, Fauna, Grundwasser

Nutzungsgeschichte

Ca+Mg+K

t

Degradation als Funktion der Pedogenese (Bodenentwicklung)

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t

Ausgangs- material

Klima, Flora, Fauna, Grundwasser

Nutzungsgeschichte

Ca+Mg+K

t

Degradation als Funktion der Pedogenese (Bodenentwicklung)

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Pufferprozesse

H⁺ B ^Holzernte

Gesteins-

B

Sickerwasseraustrag

I.

II. III.

IV.

H⁺

B B

H⁺ Kationen-

austausch

verwitterung

B

Atmosphärische Einträge

Input-Output-Bilanz = (I+II) - (III+IV)

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Nutzungsintensität:

Szenario 1: Nutzung des entrindeten Schaftholzes Szenario 2: Nutzung des Schaftholzes mit Rinde (konventionelle Nutzung) Szenario 3: Vollbaumnutzung

Kalium

Magnesium

Nährstoffbilanzen

in Abhängigkeit von der Nähr- kraftstufe der Böden (A, …, R) für drei Nutzungsszenarien

(Datengrundlage: 322 BZE-Punkte, aktueller Bestand)

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Übernutzungsrisiko – regionalisiert auf der Basis des am

stärksten limitierenden Nährelements für die jeweilige Haupt- baumart des Bestandeszieltyps

 Stoffliche Nachhaltigkeit bei konventioneller Nutzung auf der überwiegenden Mehrheit der brandenburgischen

Waldstandorte gewährleistet.

 Für sensitive Bereiche (28 % der Waldfläche) gilt es –

ausgehend vom Vorsorge-

prinzip – adäquate Mengen an Schlagabraum im Bestand zu

belassen. Übernutzungsgefährdung bei konven- tioneller Nutzung (= Szenario 2:

Nutzung des Schaftholzes mit Rinde)

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Forstliche Maßnahmen auf über- nutzungsgefährdeten Standorten:

• Verzicht auf die Nutzung von Holz

unterhalb der Derbholzstärke (< 7 cm)

• flächiges Belassen von Ästen, Reisig und Nadeln/Blättern nach der

Holzernte auf dem Waldboden

• Vermeidung von bestockungsarmen Situationen und Kahllagen der Böden (inkl. konsequentem Waldschutz zur Vermeidung von flächigen Kalami- täten)

• Verzicht auf die vollständige Entnah- me von Schlagabraum nach Sturm-

wurf oder Waldbrand Übernutzungsrisiko Szenario 1 (Derbholz o. Rinde) und

Szenario 3 (Vollbaumnutzung)

Auf Standorten mit geringem Übernutzungsrisiko könnte die intensivierte nachhaltige Holz- nutzung einen Beitrag zum Klimaschutz leisten.

Baumartenspezifische Vulnerabilitätsstufen:

- Stufe 1 … keineVollbaumernte empfohlen

- Stufe 2 … eineUmtriebszeit mit Vollbaumutzung möglich

- Stufe 3 … 2 bis 10 Umtriebszei- ten mit Vollbaumnutzung möglich - Stufe 4 … mehr als 10 Umtriebs- zeiten mit Vollbaumnutzung

möglich

?

Ergebnisse der Modellstudien

• GKI: auf 55 % der brandenburgischen Waldfläche mindestens eine Umtriebszeit mit Vollbaumnutzung möglich

• TEI, SEI, RBU: auf A-, Z- und M-Standorten nur geringe Flächenanteile mit Vollbaumnutzung möglich

• TEI, SEI: auf ca. 90 % der K- und R-Standorte mindestens eine mögliche Umtriebszeit mit Vollbaumnutzung; bezogen auf die Gesamtwaldfläche liegt der Anteil bei ca. 30 %

• RBU: geringste Standortsverträglichkeit der Vollbaumnut- zung; selbst auf einem Drittel der K-Standorte ist von Voll- baumnutzung abzuraten

• DGL: vergleichsweise höchste Nutzungspotenziale; Vollbaum- nutzung nur auf A- und Z-Standorten eingeschränkt; bezogen auf die Gesamtwaldfläche für 81 % der Fläche Vollbaumnut- zung über mindestens eine Umtriebszeit möglich

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E^RGEBNISSE: STICKSTOFFPROBLEMATIK

?

• Langjährig erhöhte Stickstoff- deposition führte vielerorts zur N-Überfrachtung natürlicher- weise nährstoffarmer Wald- ökosysteme.

• Mögliche Folgen hiervon sind

 die Eutrophierung mit nega- tiven Effekten auf die Biodi- versität

 Nitratausträge in das Grund- wasser, Bodenversauerung und Entbasung sowie

 mögliche Ungleichgewichte bei der Baumernährung.

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… POSITIV IST ZU BEWERTEN:

 Günstigere N-Ernährungsbedingungen (weniger Überernährung) im Vergleich zu anderen Bundesländern

 Verbesserung der N-Situation seit der BZE- Erstinventur: Zunahme der C/N-Verhältnisse auf natürlicherweise ärmeren Standorten

 Sehr hohes Risiko durch „N-Sättigung“ grund- wasserferner Kiefernbestände abgenommen:

BZE-1 -> 58%, BZE-2(a) -> 6%

BZE-1: Ø 23,1 BZE-2(a): Ø 26,4

… UND DENNOCH KEINE ENTWARNUNG:

 Critical Loads für eutrophierenden Stickstoff auf den BZE-Punkten: Ø 6 kg/ha/a; Critical Load Überschreitungen: Ø 10 kg/ha/a  N-Belastung auf lange Sicht zu hoch!

 N-Vorräte in der Auflage labiler Speicher:

 Freisetzung von Nitrat vermeiden!

Maßnahmen: Humusschonende Holzernte, Einbin- dung von N-Überschüssen in die Biomasse und Fixie- rung in Form von Dauerhumus durch Waldumbau

Fazit

Maßnahmen zur Erhaltung der Boden- fruchtbarkeit, der stofflichen Nachhaltig- keit und der langfristigen Produktivität einerseits und zur Schaffung von Struk- turvielfalt und Biodiversität andererseits, sind gleichgerichtet bzw. weisen in

hohem Maße Synergien auf und sollten entschlossen umgesetzt werden.

Dies beinhaltet v.a. den konsequenten Waldum- bau auf standörtlicher Grundlage, das Belassen von standortsadäquaten Mengen an Ernterück- ständen im Bestand, den Einsatz humusscho- nender Forsttechnik, die Renaturierung von Waldmooren, die Bewahrung der natürlichen standörtlichen Vielfalt, die Reduktion der atmo- genen Stickstoffeinträge.

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Literatur

• Riek, W., Russ, A., Kühn, D. (2015): Waldbodenbericht Brandenburg – Zustand und Entwicklung der brandenburgischen Waldböden. Ergebnisse der landesweiten Bodenzustandserhebungen BZE-2 und BZE-2a. Band 1. Eberswalder Forstliche Schriftenreihe, Bd. 60. Ministerium für ländliche Entwicklung, Umwelt und Land- wirtschaft des Landes Brandenburg, Landesbetrieb Forst Brandenburg, Landes- kompetenzzentrum Forst Eberswalde (Hrsg.). Eberswalde. 172 S.

• Riek, W., Russ, A. (2019): Waldbodenbericht Brandenburg. Weitere Ergebnisse der landesweiten Bodenzustandserhebungen und Folgerungen für die nachhaltige Waldnutzung. Band 2. Eberswalder Forstliche Schriftenreihe Bd. 68. Ministerium für ländliche Entwicklung, Umwelt und Landwirtschaft des Landes Brandenburg, Landesbetrieb Forst Brandenburg (Hrsg.). Eberswalde. 238 S.

• Riek, W., Russ, A., Grüll, M. (2020): Zur Abschätzung des standörtlichen Anbaurisikos von Baumarten im Klimawandel im nordostdeutschen Tiefland. Eberswalder Forst- liche Schriftenreihe, Bd. 69. Landesbetrieb Forst Brandenburg, Landeskompetenz- zentrum Forst Eberswalde (Hrsg.), Eberswalde. S. 48-70.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !

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